TWI248741B - Method and system for bit swapping - Google Patents

Description

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Minimum Shift Keying)調變技術不用，EDGE的相移鍵 (PSK:Phase Shift Keying)是 8 種可能符號群的 8_PSK。 在I/Q座彳示2中，一個經編碼、位元交插，擬做調變的位 元々丨l中的二連續位元（屯丨，d3i+1，d3i+2 )映射到8_psk之8 種可月b性的付號1 -1 ·· 1 _8如圖1所顯示，其中的丨代表 8-PSK符號的連續數字，〗轴與Q軸則分別是調變訊號之 同相與九十度相位差的分量。所有8_PSK符號u 皆 位於有相同半徑的圓内惟相位有所不同；相位的計數自j 軸以順時針方向計之。 一晋解調變一個含有雜訊的8_PSK符號以判斷它所表 不的傳輸位元（d^，〇^+1，d3i+2)時，相位的判定方法是將 收到信號分解為同相位與九十度相位的分量，估算出該 tPSK符號在I/Q座標2 (沒有顯示）中的位置。估算= 的位置與可能的八個位置做比較，如圖i所示， 判斷原始傳送的8_PSK符號為何者^過當估計的符號與 八個可能的8-PSK位置有相當的差距時；例如估算出的符 號：相位為22.5。，但實際上傳送的8複符號Η的相 ^•「（相當的三位元為…卜⑴’就會發生判定為。。 的符唬或為45。的1-2的符號的困擾，如果將 誤判為M>SK符號為相位45。的W符號 之 位元變成（o’H)，並非實際上傳送的O’H’I I口：：便由此產生。從圖1可以看出來相鄰的8他 上位元位置的差別，為了將誤判原始傳送的 ㈣的8_PSK符叙錯誤可能儘量 ^ 1248741 調換發生在傳送端。接收端則將調變後接收到的 8-PSK符號依照傳送端進行調換的演算法進行回調 (de-swapping)後再進行交插回復。在TFCI位元群與通 道編碼與比率相配資料位元群都進行通道解碼後進行下 一處理步驟。 資料位元的位元錯誤率會隨著應用位元調換而增高 是一定的，因為8-PSk三位元中易發生錯誤的第三個位元 位置較容易出現在資料位元中，不過因資料位元的錯誤率 造成的績效降低卻可以因較為重要的USF之錯誤率降低 而被接受。 一類似的狀況發生在彈性的第一層（FLO : Flexible Layer One )中，它是一種建議用在GSM/EDGE無線電存 取網路（GERAN，參照ETSI技術文件3GPP TR 45.902 V6.0.0 (2003-04))的新式實體層，其主要的優點是實體層 的組態（例如通道編碼與交插）在呼叫設定時作了具體的 指定，在FLO，GERAN的實體層提供了一或數種傳輸通 道到媒介存取控制（MAC)子層，有些傳輸通道可多工並同 時以同一編碼組合傳輸通道（CCTrCH : Coded Composite Transport Channel)的基礎實體通道進行傳輸。一個傳輸通 道的組態，即輸入的位元數量、通道編碼、交插等叫做傳 輸格式（TF : Transport Format )，該傳輸格式組態完全受 無線電存取網路（RAN : Radio Access Network)控制並 且於呼叫設定時傳輸到MS。無論無線站台或基礎收送 台，傳輸格式是用來配置編碼與解碼單元的。不同通信頻 1248741 道（TrCH: Traffic Channels )僅允許有限數量的TF組合， 一個有效的組合叫做傳輸格式組合（TFC : Transport Format Combination)，為了解碼接收到的序列，接收端必 須知道一無線傳輸封包使用的TFC，這些訊息以傳輸格式 組合指示(TFCI: Transport Format combination Indicator) 攔位傳送，該欄位係一基礎層1的標頭，從解析所得的 TFCI值可得知不同傳輸通道的傳輸格式並用之開始作真 正的解碼。 TFCI的大小以5個位元為限，同一基礎實體子層最 多可有32個不同的TFC。也就是一個連線最好同時以有 32個不同通道編碼和/或多工為限。 TFCI係為一個塊狀編碼，位於包含多工傳輸頻道（即 CCTrCH)之非交插無線傳輸封包之最前面，在一 TrCH 上擬被傳輸位元^每一個傳輸區塊都附有循環冗數檢查 (CRC : Cyclic Redundancy Check)碼，在頻道編碼、比 率相配然後與其他編碼區塊進行多工後產生一編碼組合 傳輸通道（CCTrCH:Coded Combined Transport Channel) 〇 在全速率8-PSK頻道中，非交插無線傳輸封包包含TFCI 與CCTrCH位元，總長度為1392位元。在進行8-PSK調 變之前，非交插無線傳輸封包的位元會以斜對角區塊或矩 形區塊交插到I叢訊中，I表示交插的深度。 進行區塊矩形交插時，I叢訊代表一無線傳輸封包。 舉例來說，在全速率8-PSK頻道上，K=1392位元的非交 插無線傳輸封包會交插成四個大小J=348位元的叢訊，形 10 1248741 映射到相對應的1個不同叢訊中交插的位元位置，舉例來 說就是週期性地將資料封包中位元位置為(其中 rm1且i=〇，·..，m)映射到叢訊1的不同交插 交插配置來決定。 /八的 ，個步驟的調換係為將資料封包中位元位置m與位 :2凋換’其中n與爪的關連可透過一固定的映射 的；：β :+Ν, Ν為一預先訂定的自然數。為了確保位元 ===同一個叢訊中’而交插週期為j，調換的位元 置差別位70數n_m==N要能被j整除。 則由=的工作在傳輸端執行，何者為傳輸端 一-J 例如它可能是-行動通訊站台或者 的電系統的基礎收發站台。接收端要能執行相對 瑪。有ΜΓ調）與反向交插將位元重整以做通道解 起^關騎調換的回調時資料封包中第m個位元位置 元值與第讀位元位置位元值互調，盆中 浦為n> 可為1所整除，傳輸端所用的 凋換方式與接收端所用的調換方式相同。 前、元調換可在至少1個連續位元的交插之 刀別在反向交插之後、之中或之前來進行。乍沈要 如果位元的調換是在交插之前谁 之第m個與第n個位元位置的 直接互:貝料封包 、h要互调的兩個位元的相對第—個位元位置以就 13 1248741 是資料封包的第m個位元，相對第二個位元位置n就是 資料封包的第η個位元。接收端在做完反向交插之後再進 行回調的工作’如同傳送端所做的一樣，帛m與第“固 位元位置的值互換回來。 反之若已先行進行了交插的話，已映射到工個叢訊的 位元位置的值要職。這些交插驗元位錢著預先定義 的交插配置與交插深度和資料封包中的位元位置一對一 相對應，在資料封包中相對第一個要調換的位元位置也 的位置變成了肖m交插後的位元位置，相對第二個要調 換的的位it位置η的位置變成了與11交插後的位元位置， 因此交插之後再依照他們在f料封包中的位元位置選擇 並調換位元值是可行的，也就是說在叢訊的交插位元位置 間做位Μ職，純端就要在交插回歡前以與傳輸端 相同位元位置進行位元回調。 本發明建議交插深度工之最好從—組預先定義的交插 深度’ ...，IR}裡選，且對所有的r=1，…，r來說 K Imax。互調的第二個位元位置n的選擇要符合η Imax整除。 若交插深度J的值是可變的，建議僅要如現行方 ^可被交插深度！整除，也要可以被最大的交插深度^ 由於交插深度是2的次方，要求NWU整除 擔保工對每個ί而言，調換位元會在同—個叢訊裡而不會 爻暫態變異的影響。 本發明建議在資料封包中至少要^義―群位元令調 14 1248741 ίΐ'ίί以下情形成立時才進行··依預先定義的交插配置 ^〆衣度[f料封包中相對第一個位元位置m所映射 中乂 f位元位置為一個獨特的交插位元位置，且資料封包 f第一個位元位置m的位元屬於至少一群定義位元。 、=貝料封包中的位元群可代表高優先順序的位元，其餘 、元則代表低優先順序的位元。位元調換只針對高優先 丨貝序位元進行，也就是透過交插映射到叢訊的交插位元位 置’ δ亥位置視為獨特交插位元的位置。 匕本發明建礅所謂獨特的交插位元位置之所以獨特，係 指相較於其他位置的位元，依調變配置調變並透過一有雜 訊的通道傳輸再解調變後有較高的錯誤率的位置，這樣的 弱」位元位置可能發生在每個8-PSK調變的每第三個位 元’也可能發生在16-與64-直交振幅調變（（^八]^··

Quadrature Amplitude Modulation)。 本發明之所謂獨特的交插位元位置可能為一叢訊中 位於第j個位置並滿足(j + 1)可被p整除的條件，p是一預 先疋出大於0的自然數。舉例來說若叢訊中位在交插位元 位置的位元擬進行8-PSK調變，那麼每個第三位元就會是 一「弱位元」，且對每個在叢訊中位於第j個位元位置的 位元，每個「弱位元」的標準即是滿足(j + 1) mod p=〇的 條件，其中的p=3，j值的範圍則從〇到叢訊的長度減去ltJ 本發明建議該位元群包含一資料封包包含一預先定 出的數值L，L指資料封包前幾個位元個數，高優先位元 可代表放在一資料容器前端的一種標頭。 15 1248741 n=m+N調換，否則m就與n=m=：K_N調換。這樣將cct仰 的起始與結束之位元交替調換的理由是CCTrCH之起始 與、、、口束的位置的失誤保護措施相對而言是最穩固的，為了 將TFCI位％放在較不易出錯的位元位置傳輸而將 CCTrCH位元置於「弱位位置傳輸並不會令cct仰 位元錯誤率品質惡化太多。 再者建議做位元調換的系統中，長度為κ位元的資 料封包週期性的I個連續位元分別映射到J個不同叢訊中 的又插位元位置。^c預疋之交插配置與預定之交插深度 I，系統包含調有換資料封包中位置m的相對第一個位元 至少-個位元與資料封包中位置n的相對第二個位元的 處理方法，其巾相對第二個位元位置n的選定滿足n>m 且n-m差值可為Ϊ整除。系統可在傳輸端控制（例如一 行動站台或一行動無線電系統的基礎接收站台），調換後 並/或在接收端進行回調的工作。傳輸端進行調換與在接 收知進行回調的方法相同。 W此外也建礅將含有能執行上述方法範圍的軟體碼之 電月旬程式直接載入到一數位電腦系統的内部記憶體中，電 細則置於-行動站台或基礎收發站台以執行叢訊的建構 與交插。 【實施方式】 圖3表示GSM/EDGE之FLO的全速率tpsK通道上 無線傳輸封包結構。每個含有傳輸通道（TrCH ·· Traffic Channel)二層次2資料的傳輸塊會因加上循環冗餘碼檢測 17 1248741 (CRC : Cylic Redundancy Check)碼區塊而變大，且後 續的通道編碼與比率相配產生一無線傳輸框。如圖3所 示，中只有4-0 and 4-(S-l)的無線傳輸框分別等同於 TrCH(O) and TrCH(S-l)，其中S表示作用中的TrCH數目， 對每個傳輸的無線傳輸封包來說，從每個作用中的TrCH 來的無線傳輸框4-s (s=0，…，S-1 )會傳遞到傳輸通道多 工（TrCH multiplexing )。這些無線傳輸框4-s會連續地多 工到一編碼合成傳輸通道（CCTrCH : Coded Composite

Transport Channel)中，在加了 TFCI位元ό之後，本例 配置72個位元於CCTrCH的起始位元7位置，於是形成 一含有1392個位元的一非交插無線傳輸封包8。 形成該非交插無線傳輸封包8的TFCI 6與CCTrCH 位元7現在可以以塊狀矩形的方式交插到1=4的叢訊 9-0 ·· 9-3，或者以塊狀斜對角的方式交插到1=8的叢訊 9-0 ·. 9-7,無論何者每個叢訊的大小都是J=348個位元， 不過對塊狀斜對角的交插方式來說，1=8 #叢訊僅含有偶 數（叢訊9-0 ·. 9-3)或者奇數（叢訊9_4 .. 9_7)位元位 置的位元。圖3顯示1=8的塊狀相角交插之範例。將第 二個非父—插叢訊的偶數位置與奇數位置位元一同映射到 另個I 8的叢訊可建構出兩個長度分別為m2個位元 滿盈的FLO無線傳輸封包1()，為了做簡單明確的表示， 圖3僅表示出無線傳輸封包1G中的—個，該fl〇無線傳 輸封包10用8-PSK調變。 技術文件3GPP TR 45.902 ν6·〇·〇中關於將非交插的 18 1248741 無線傳輸封包8之K個位元映射到長度為J位元的丨個t 訊的交插以下方程式定義： 交插深度為I的塊狀斜對角交插 D = I .D J =— Μ (49 · (k + ^mod- int k

K + int

A:modD M K/2 0 for—modD = 0 else· k = 〇X2.X-l, b = kmodD. 交插深度為I的塊狀矩形交插 D = 2·/ • (49 · (A: + 5))mod DΊλ int k

K d/m + int ^modD" K/2 for—modD^Q else· Α: = 〇，1，2·Χ —1， b = kmod—. 2 此處的int [j]功能是向下指四捨五入到對· 個最小的自然數，“ i mod j”則回傳出 的一 這些方程式的應用如下:每一個在二除=

19 ' K 1248741 為含有Μ個非交插叢訊的㈣插/交插無線傳輸封包位元 長度）的位元會映射到叢訊㈣··Μ的一交插位元位置 j=〇..J-l，其中j是非交插叢訊與叢訊的位元長度。 圖4顯示一 GSM/EDGE的助無線傳輸框前72個 位元（TFCI位元）交插表，該表符合上述方程式並以下 列的參數值起始：K=1392與J=348 (M=4)，也就是全速 率8-PSK通道以1=8的交插深度之塊狀斜對角交插。 圖4之第一欄顯示非交插無線傳輸封包8在交插前的 位元索引k，第二攔顯示交插後於對應的叢訊b中指定的 索引j，第三欄則顯示交插後指定的叢訊索引b。 從圖4第一攔與第三攔可看出非交插無線傳輸封包8 的週期性連續的位元分別映射到不同的叢訊b，也可看出 最初的四個叢訊b=0，1，2，3當中只有偶數位元位置j 會被指定值，反之在最後的四個叢訊b=4，5，6，7中只 有奇數位元位置會被指定值，因此共四個區塊，每個區塊 含348個位元的k=0"1392位元會映射到每個含有j=348 個位元位置，1=8個叢訊；惟在這些叢訊中僅含有偶數或 奇數位元位置之位元。 無線傳輸封包便受8-PSK調變支配，結果是無線傳輸 封包的每第三個位元比其他的位元容易出錯。請留意叢訊 的位元長度j=348可被三整除，叢訊中一個位元的位置 可以決定在對應的8-PSK符號是否會在第三個位元的位 置’換句話說我們毋須知道無線傳輸封包的絕對位元位 置’在第三個位元位置被傳輸的TFCI位元可以藉著搜尋 20 1248741 索引j對應的前k-0"71個位元位置且滿足(J>1) m〇d 3=〇 的方式很谷易找出來’运個例子位元位置k= 1，5，1 〇， 14，16，19，20，23，25，29，34，38，40，43，44，47， 49 ’ 53 ’ 58 ’ 62 ’ 64 ’ 67 ’ 68 及 71 (也請參見圖 6)， 為減低TFCI位元（或框）錯誤率，在這些位元位置的位 元與從CCTrCH來的位元按本發明的建議做調換，也就是 說cpt為偶數時位元k與位k+N調換，· cpt為奇數時位元 k與位k+(K-N)調換，其中N為一預定的自然數，cpt是 一個在開始調換程序之初起始值為零的計數器，每做一次 調換其值就增加一。請留意位元k與位元k+N和位元k 與位元k+(K-N)的交替調換只能確保TFa位元與 CCTrCH起始與尾端的位元調換，如此的錯誤防制機制是 最穩&的，否則無淪cpt的值為何，位元k可能與位元 調換，這樣做簡化了程序，卻可能提高CCTrCH的位元錯 誤率。 園顯不 队个赞％屌埋之位元調換系統塊狀圖。 統包含-含有介面（IF) 12’ 13肖14的叢訊記憶體u、 一控制介面I2, 13與14的處理器15，和一查詢表 1〇〇_七心）16。藉著1F 12，處理器可控制一交插I線 傳輸封包K)之叢訊的整個叢訊之儲存，上述無線傳輪封 包是在前-《插階段時置於叢訊記憶體u @;該 體則可為-RAM。當叢訊儲存到RAM時，處理器藉^ 面η將已儲存的叢訊依照LUT 16中所記錄、按^ 插配置與交插深度！之調換資訊進行位元_。最後，處 21 1248741 理器透過介面14脾素a * 17進入調變階段。_記‘_ 11 ’調換後的叢訊 用於接輸端進行，相同的設計也可應 叢訊記憶體u中::;時傳:的叢訊會被整崎^ 後再推進到交插回調的luti6進行回調的工作 哪一：二一紀錄表，記载依照本發明的原理操作時， * 立疋與來自CCTrCH的哪-個位元調換，這 中·^一存f如圖5所表示的—位元調換系統之L U T i 6 且、^牛士範例如下，選擇N=8〇,此數可被1max=16整除， 二大於或等於如本發明所建議之ΤΜ之大小（[π 1邊忍N-80的選定是為了讓相同的位元調換程序 2用在FLO _所有交插配£與錢深度，也就是從 ::16}中去選擇，其中R=3，不然此例ι=8的塊狀 脖、爱挥又插要達到CC1>CH的起始與末端的調換為目的 夺選擇N=72就可以，它滿足大於或等於而之L=72 大小的條件且可被1=8整除。 第攔表示非父插無線傳輸封包8内的位元位置索 引k，第二攔表示非交插無線傳輸封包8内要盥位 ，換的CCTrCH位元絕對位置k’明+j，第三棚表示調 、的叢訊索引b，最後的兩攔為叢訊b中與位元位置以故 交插的位元位置j和叢訊b中與位元位置k，做交插的位 元位置j。舉例來說，於叢訊b=1中在位元位置卜25的 TFCI位元與在J=1錄元位置的位元交插滿足（i4+i)m〇d 22 1248741 3=0的條件，也就是此TFCI位元將以8-PSK符號在第三 個位元位置傳輸因此必須做調換，調換的結果是位元位置 k=25與位元位置k+80=105 (在CCTrCH的開端）調換， 而105位元位置的位元與叢訊b=l的j’ = 198之位元調換， 這並不滿足（198+1) mod 3=0的條件。注意為了維持暫鮮 變異，位元的調換只有在相同的叢訊b中進行。 圖7顯示一沒有進行位元調換之FLO無線傳輪封包 框錯誤率和依本發明進行位元調換之FLO無線傳輪封包 框錯誤率的第一個比較。FLO配置為在8-PSK通道上上 以4.75 kbps的傳輸率、帶有5個TFCI位元（72個編碼 位元）傳遞一自適應多碼率編解碼器（AMR : Adaptive Multirate Codec)呼叫，並使用TU3iFH為通道模型。圖 7顯示含有TFCI和CCTrCH與只含有TFCI的無線傳輸封 包框錯誤率（FER : Frame Error Ratio )，上述兩種案例有 依本發明做位元調換（虛線）與沒有做位元調換（實線） 以 dB 計之載波對干擾比（C/I: Carrier-to-Interference Ratio) 函數。從該TFCI的FER可看出，有依本發明（FER=0.01) 進行位元調換時可增加1·3 dB，結合CCTrCH和TFCI的 FER則增加0.2 dB。 圖8顯示一沒有進行位元調換之FLO無線傳輸封包 框錯誤率和依本發明進行位元調換之FLO無線傳輸封包 框錯誤率的第二個比較。位元調換的結果使CCTrCH用了 更多的弱位元，當許多位元經調換且CCTrCH的編碼率高 時可能會造成績效的降低，這種狀況相當於低錯誤警戒的 23 1248741 情形。為了估算損失，FLO配置為以12.2 kbps在與圖7 相同的通道上傳遞AMR呼叫，圖8顯示結合TFCI和 CCTrCH dB 計之載波對干擾比（C/I : Carrier-to-Interference Ratio)函數，依本發明做位元調換（虛線） 與沒有做位元調換（實線）的FER結果，這樣的位元調 換所造成的績效降低幾乎微不足道。 本發明以上說明建議之實作方案，對具有純熟技術的 人來說亦可能以其他的方式來達到符合後面技術範圍所 闡明的發明領域與精神，例如位元調換可以在交插的步驟 中做，亦可使用不同的交插配置；而交插配置的不同點主 要在於叢訊中交插位元的安排方式。本發明並不限於應用 在8-PSK調變或GSM/EDGE系統，它亦可應用在例如展 頻（spread spectrum )或正交頻率多重分割（OFDM : Orthogonal Frequency Division Multiplex)的系統中。 24

Claims (1)

1248741 拾、申請專利範圍： L 一位兀調換的方法，其中依照一預先定義的交插 !!置與選定之交插深度，包含〖個位元之1個週期性連續 貝料位70封包各自被映射到Σ個不同叢訊之交插位元位置 上，該方法包含·· _至少將該資料封包中與—第—位元位置m相應的位 70值與該資料封包中—第二位元位置η相應的位元值調 、/、中該第一位元位置η係依n>m與n_m可被j整除 之原則來選定。 μ >上2.如申請專利範圍第丨項之位元調換的方法，其中 ^周換步驟於該至少丨連續位元交插前、巾或後被執行。 上、3.如申請專利範圍第i項之位元調換的方法，其中 2定交插深度ϊ由一預先定義之交插深度集u“中 ^ ，其中條件KImax滿足所有r=l，..，R，且其中該對應 第位元位置被選為滿足該差值n-m可被Imax整除。 I 4·如申請專利範圍第丨項之位元調換的方法，其中 至少一群位元定義於該資料封包，且其中該調換步驟只在 下列情況下被執行·· 假如該資料封包中該對應第一位元位置m之該位元 映射至的該交插之位元位置為一特徵位元位置，該映射根 據該預先定義之交插配置與該選定之交插深度τ ;且 26 1248741 一位元位置m之該位元 假如該資料封包中該對應第 屬於該一群位元。 5·如申請專利範圍第4項之位元調換的方法，其中 取決於調變方法，當該特徵交插位元位置之位元被調變、 傳過-雜訊傾之軌賴、與㈣位元位置之位元比較 調變時，承受較高之錯誤發生率 6·如申請專利範圍第4項之位元調換的方法，其中 該特徵交插位元位置為-叢訊中位置」·，該位置j滿i判 據+ 可被P整除，p為一大於零之譽先決定之自然數。 入如申請專利範圍第4項之位元調換的方法，其中 該一群位元由一預定個數L個該資料封包之第一位元組 成。 8.如申請專利範圍第7項之位元調換的方法，其中 该相應之第二位元位置η係依n-m . L條件選定。 9 ·如申请專利範圍第8項之位元調換的方法，其中 該資料封包包含該L位元群組中之依據GSM/EDGE無線 電存取網路（GERAN)彈性的第一層（FL〇)的傳輸袼式 組合指示（TFCI:Transport Format Combination Identifier) 位元，與該剩餘K-L位元中之依據GSM/EDGE無線電存 27